蔡根生1，王金云2，李梦群2

　　（1.上海电力高压实业有限公司，上海200063；2. 国网上海市电力公司检修公司，上海 200063）

　　摘  要： 地下变电站的暖通系统是保障站内设备良好运行、确保站内工作环境适宜的必要条件。介绍了500 kV静安全地下变电站的暖通系统回路走向及其设备组成，并根据静安全地下变电站实际运行情况对站内暖通系统展开分析和讨论，最后对近几年暖通系统的集中缺陷及其危害做出分析，提出应对措施。500 kV静安全地下变电站的成功运行，为大城市中心地下变电站的建设和运维工作起到良好的探索和示范效应。

　　关键词： 500 kV全地下变电站；暖通系统；运维

0  引言

　　近年来随着我国经济的快速发展，许多城市用电供不应求，一些大型城市的电网建设都在积极利用地下空间寻求发展，因此在人口稠密、用地紧张的中心城区建设地下变电站已是一种非常普遍的现象。位于上海市中心的静安变电站就是迄今为止国内第一座、世界上规模最大的500 kV全地下变电站。变电站于2010年4月正式投运，具有多个电压等级的送出线路，其主要供电对象为浦西原世博园区、上海人民广场及周边区域、上海市中心城区主要商业大楼及民居楼等。该站在地面部分仅设置了1个集中进风井、4个集中排风井、控制室，地下的建筑面积超过50 000 m2。地下变电站虽然节约了大量的土地资源，但站内存在许多发热量大的设备，如主变压器、电抗器等，其散热条件远远不如地面变电站；此外，地下站特殊的工作环境，还会造成室内粉尘污染、缺氧、高温度、高湿度、SF6浓度高等危害人体健康和影响电气设备安全运行的环境质量问题。因此，要保障站内设备长期安全稳定运行并为运维和检修人员提供一个适宜的工作环境，就必须保持站内良好的通风与散热[1-2]。

1 地下变电站暖通系统

　　1.1 地下变电站暖通系统概述

　　变电站地下部分竖向共分为四层： -31.5 m的地下四层B4；-26.5 m地下三层B3；-16.5 m的地下二层B2；-11.5 m的地下一层B1。变电站的地上部分仅布置中央控制室、4个变电站出入口、通风所用的4个排风竖井和1个集中进风竖井。集中进风竖井从-31.5 m的B4层直至地面以上，总进风口面积约250 m2。地下各层工艺设备房间的通风、空调及冷却设备冷却所需的室外空气均由集中进风竖井引入，并通过各送风或排风设备进入各房间和区域。

　　1.2 站内暖通系统回路介绍

　　静安变电站B4层和B2层均采用机械排风方式，由位于B2层的排风机通过各区域排风管道将空气排至对应集中排风竖井，再通过集中排风竖井排向室外。

　　B3层的主变室采用机械进风和机械排风方式，由8台主变送风机组从集中进风竖井吸入室外空气，并通过排风机由排风竖井排向室外；电抗器室、GIS室、站用变压器室均采用走道间接自然进风和各房间独立机械排风的通风方式。

　　B1层 GIS室采用机械进风、机械排风的通风系统。系统的进风由新风冷却机组从集中进风竖井吸入室外空气，由排风机通过排风管道排至各区域的集中排风竖井，并通过集中排风竖井排向室外；周边区域的冷却装置室、辅助设备室、消防设备室、通信蓄电池室、继保室等设备房间进风均由走道自然进风，排风由单速排风机通过风道排至对应区域集中排风竖井，并通过竖井排向室外。图1所示为该系统回路走向图。

　　1.3 暖通系统设备组成

　　静安地下变电站暖通系统由8台主变进风机组、14台冷却塔进风机组、9台BAC闭式冷却塔、28台单速排风机、32台双速排风机组成。

　　站内8台主变进风机组用于500 kV与220 kV主变室的新风进风，可负担主变1/8的损耗热量；13台冷却塔中9台用于主变、66 kV低抗冷却，负担站内油浸设备7/8的热量。站内主变及66 kV电抗器的冷却方式为强迫油循环水冷却，冷却塔利用循环冷却水泵使冷却水在设备的热交换器和冷却塔之间循环。水循环时，设置于设备上的热交换器从绝缘油吸收电气设备的损耗热，然后通过冷却塔的进风机组所带来的新风和喷淋水来排除。32台双速排风机用于各GIS房间和66 kV电抗器室、所用变室、接地变室等设备房间的排风系统；28台单速排风机用于1号、2号继电器室、通信机房、蓄电池室及冷却装置室等房间的排风系统。同时，静安站内暖通系统与空调系统相配合，实现对环境温度的控制。

2 暖通系统运行工况分析

　　根据变压器及电抗器的余热量计算公式，计算出主变室及电抗器室所需的排风量，给出静安站通风设备选型的依据，并在此基础上结合4年以来的运行经验对站内现有通风系统进行分析和讨论。

　　2.1 500 kV主变室和220 kV主变室通风

　　静安变电站目前设置2组500 kV主变压器（每组均由3台单相变压器组成，布置于独立房间内）；2台220 kV主变压器（三相变压器，布置于独立房间内）。

　　主变压器室通风量按照排出室内余热所需风量计算，余热量中的1/8由室内通风系统来负担，7/8由设备冷却装置来负担。

　　变压器余热量计算公式 ：

　　QT=Pul+PIo（1）

　　式中：QT为变压器余热量(W)；Pul 为变压器空载损耗(W)；PIo 为变压器负载损耗(W)。

　　500 kV主变室（以单相为单元）和220 kV主变室均采用独立的机械进风和机械排风通风系统。通风系统风量：以室外通风温度33℃作为系统的进风温度，室内排风温度按不超过45℃计算。通风系统的送风机和排风机均考虑100%备用。

　　变压器的通风量按下式计算：

　　式中:LT为变压器室通风量(m3/h)；QT为变压器室余热量(W)，由表1得出：QT=1 000 kW；c为空气比热容，取c=1.01 kJ/(kg·℃）；ρ为进排风平均密度(kg/m3)，空气密度ρ=1.146 kg/m3； Δt为进排风温差(℃)，Δt=t排风-t进风=45℃-33℃=12℃。

　　可求出500 kV主变通风量：

　　LT=125 000÷(0.28×1.01×1.146×12)=32 141(m3/h)

　　为进一步保证设备安全可靠的运行，在计算得出的变压器室通风量的基础上再留出10%的余量。

　　计算得L′T=32 141×1.1=35 355(m3/h)

　　综上，500 kV主变室及220 kV主变室送风过滤机组和排风机组的配置如表2所示。

　　2.2  66 kV和35 kV电抗器室通风

　　静安变电站目前设有8个66 kV电抗器室，3个35 kV电抗器室。66 kV电抗器室通风系统是以每2个66 kV电抗器室为一个单元设置，35 kV电抗器室通风系统以每3个35 kV电抗器室为一个单元设置。通风系统风量：进风温度为28℃（由公共区域新风系统保证），室内排风温度按不超过41℃计算。

　　66 kV电抗器采用强油水冷的冷却方式，其中1/8热量由室内通风系统负担，7/8由设备冷却装置负担。35 kV电抗器采用风冷冷却方式，其中7/10热量由室内通风系统来负担，其余3/10热量由该层公共区域通风系统负担。

　　电抗器的余热量按下式计算：

　　QR=η1η2P（3）

　　式中：QR为电抗器的散热量(W)；η1为电抗器的利用因数，η1=0.95；η2为电抗器的负荷因数，η2=0.75；P 为额定功率下电抗器的功率损耗(W)。

　　66 kV电抗器的余热量： QR= 16 250×0.96×0.75 = 11 578(W)

　　电抗器的通风量按照下式计算：

　　其中，ρ、c 所选取的参数均与2.1节中的参数相同。

　　Δt=t排风-t进风= 41-28 = 13(℃)

　　由此，可求出单个66 kV电抗器室排风 LR=2 748 m3/h。

　　为了节约建造成本，提高经济效益，对于电抗器等设备，不再预留10%的排风余量。所以实际选取的通风系统通风量为：2×5 580/2 800 m3/h。

　　综上，选取66 kV电抗器室及35 kV电抗器室排风消声机组的配置如表4所示。

　　2.3 其他工艺设备房间通风情况

　　静安变电站其他工艺设备房间的通风系统均采用自然进风和机械排风的方式。其余一些主要设备房间排风量如下：站用变室、接地变室等排风机风量4 800 m3/h；500 kV GIS室通风系统排风机风量为14 718/8 831 m3/h；220 kV GIS室通风系统排风机风量为5×17 020/10 220 m3/h；110 kV GIS室通风系统排风机风量为2×9 932/5 959 m3/h；辅助设备房、水处理室设计风量为12 300 m3/h。

　　2.4 暖通系统运行工况小结

　　从这几年的实际运行经验来看，500 kV静安变电站暖通系统总体运行工况良好，符合设计要求，排风效果显著，为地下电气设备及辅控设备提供了良好的运行环境。上海夏季期间，站内主变最高绕组温控制在44℃以下、最高油温控制在40℃以下，B3层各主变室及电抗器室的室内温度始终保持在34℃以下，并且湿度不大于50%；此外，B3层站用电室、500 kV GIS室、66 kV GIS室、蓄电池室等温度及湿度情况也均符合要求，通风良好。与户外设备相比，户内电气设备的损耗大幅降低，提高了设备运行的可靠性，延长了其使用寿命。

　　虽然站内暖通系统已基本达到设计效果，但仍有个别设备房间，如位于B1层的冷却装置室、110 kV及220 kV GIS室在夏季期间室内温度超过体感温度，同时在梅雨季节存在湿度过大的情况，湿度高达80%~90%，很有可能造成站内配电柜、控制柜、继保屏、PLC远程控制屏内的节点短路、开关误动、继电器损坏，造成设备停机，保护误动，严重时甚至可能形成电网事故。此外，过高的湿度造成环氧地坪湿滑，给运维及工作人员的工作带来了不便。造成个别房间湿度过大的原因是这些房间对应的风机排风效果不理想以及内外区域温差过大。为了确保设备的安全运行，我们采取以下措施：在这些排风效果较差的设备房间内加装除湿器。同时，建议加大排风机的排风量并加装空调改善房间内外温差。

3 暖通系统缺陷分析及相应措施

　　3.1 暖通系统缺陷分析及其危害

　　静安变电站自2010年4月正式投运以来，暖通运行状况总体良好，但由于静安站是全地下变电站，站内暖通系统的送风及排风机组要求全天候开启，从而易导致设备在运行过程中存在各方面缺陷，对主设备造成一定程度的危害。总结几年以来的运行经验并归纳分析后，得知站内缺陷集中表现在以下几方面。

　　（1）风机皮带松动、断裂：由于风机常年运转，造成皮带老化，会影响送风机组及排风机组的排风效果。

　　（2）风机轴承断裂：由于设备长时间运行，导致设备自然磨损，风机停运。

　　（3）风机马达故障、风机运转声音异常：运行环境欠佳，灰尘较多造成。

　　（4）风机风管破损、开裂：机组开停机时风压过大或由于风管自身结构不牢固所导致。

　　（5）送风机组过滤网严重污秽：由于静安站地面是雕塑公园，送风机组在吸入大量外界空气时夹杂着树叶、昆虫、灰尘等杂物，造成滤网堵塞，影响进风效果，导致风机马达故障、箱体变形。

　　（6）冷却塔送风机组自动状态下未能正常运行、远程或近控失效、冷却塔频繁跳机：由辅控自动化缺陷造成。站内油浸设备7/8的热量都是由冷却塔负担，冷却塔的运行效果直接影响到站内主设备的散热情况。

　　（7）冷却塔本体漏水等等：由于冷却塔检修孔设计不合理、箱体密封较差引起。

　　3.2 暖通系统缺陷的应对措施

　　针对站内暖通系统存在的缺陷，在运维工作中应制定相应的措施。

　　（1）加强巡视：在巡视过程中对设备、设施进行全面的外部检查，对设备缺陷有无发展做出鉴定，对于设备的薄弱点更应加强监视。

　　（2）定期更换：设备中较易损耗的部位，如风机出现皮带裂痕就应及时进行更换。

　　（3）加强维护：对于风机的马达、轴承等设备应做到定期加油保养。

　　（4）定期更换滤网：干净的滤网可以保证站内良好的通风环境，并减少设备马达的损耗，建议滤网每季度应更换一次。

　　（5）加固：站内风管存在薄弱环节，在设备启停时易造成破损、开裂，对这些地方应做加固处理。为了进一步提高站内暖通运行的可靠性，在日常工作中要及时处理站内暖通系统的缺陷，并通过不断制定、调整应对措施来减少系统薄弱环节。

4 结束语

　　500 kV静安全地下变电站的成功运行，为大城市中心地下变电站的建设和运维工作起到良好的探索和示范效应。站内暖通系统的良好运行状况也标志着我国500 kV全地下变电站暖通系统上了一个新台阶，虽然在实际应用中存在某些不足，但是作为第一次在500 kV全地下变电站中使用如此庞大的暖通系统，所达到的实际效果让人满意。

　　通过静安变电站近年来逐步积累的运行经验和运行数据，可以不断总结出暖通系统在运行过程中的异常情况、缺陷情况以及需要改进的地方，这些宝贵的经验为今后全地下变电站的投入使用、促进全地下变电站暖通系统新技术的发展提供了有力的实际应用经验。

参考文献

　　[1]曲友立. 变电所通风设计浅析[J] .暖通空调，2005,35（8）：83-85.

　　[2]罗金龙.110kV变电站的暖通设计体会[J].科技与企业，2015（12）:53-56.